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2019新型冠狀病毒繼續在世界范圍內廣泛傳播，且新變種仍在不斷出現。但基于原始毒株的滅活病毒疫苗能否及如何刺激機體免疫力以應對新型變種并不明確。為解決這一難題，上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院瞿介明教授、諸江教授、李慶云教授、陳賽娟院士共同領導了名為“Systemic immune profiling of Omicron-infected subjects inoculated with different doses of inactivated virus vaccine”的研究，相關研究論文已于2023年9月27日在線發表于頂級期刊《Cell》。
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該研究招募了122名奧密克戎（Omicron）變體病毒感染者及50名未感染者，兩類人群又分為未接種疫苗者和接種了兩劑或三劑滅活病毒疫苗者。研究團隊利用質譜流式（CyTOF）、RNA測序和蛋白組學技術分析了各人群的血液樣品，深入探究了感染者及未感染者的全身免疫狀態（圖1A）。
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圖1.?(A)研究設計；(B)不同組別間關鍵臨床指標；(C) 血清中針對SARS-CoV-2 刺突蛋白受體結合域(RBD)的IgG、IgM及總抗體量；(D)針對原始毒株和Omicron變體的50%假病毒中和滴度；(E)CD45+白細胞的tsne展示；(F)主要免疫細胞群體中經典分型標志物的表達量；(G)主要免疫細胞群體的比例
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Standard BioTools公司的質譜流式技術是有別于熒光流式的新一代流式技術。該技術使用金屬標簽抗體代替傳統的熒光抗體，從而徹底解決了熒光基團間的串色及自發熒光等問題，具有通道多、背景低、數據質量高等特點，可在單管樣品中同時檢測超過50種靶標并無需單染管對照，為流式樣品的多通道檢測提供了巨大便利。世界范圍內的研究者已使用質譜流式技術發表了超過2300篇同行評審文章，其中不少發表于頂級期刊。來自瑞金醫院的此項研究再次表明了質譜流式技術助力高水平科研的能力。
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在對臨床指標和病毒滴度進行分析后，團隊首先使用質譜流式技術，利用41種抗體的panel分析了外周血單個核細胞（PBMC）樣本。由其中的13種經典分型標志物可定義5類主要的免疫細胞亞群，但這些類群的細胞數量在各組之間幾乎沒有明顯區別（圖1E-G）。因此，使用更多標志物進行更精細分群變得尤為必要。研究團隊接下來利用全部41種標志物進行了深入免疫分型，鑒別出表型各異的45類免疫細胞亞群，包含6類B細胞、27類T細胞、6類NK細胞、1類中性粒細胞前體、3類單核細胞和2類樹突狀細胞（圖2）。對所有亞群比例的主成分分析（PCA）不能區分感染狀態或接種狀態，說明接種或感染所引起的免疫反應隱藏在精細的亞群變化中。
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圖2. 45種免疫細胞亞群的降維展示及表達量熱圖
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因此，研究團隊對各亞群的變化進行了細致分析。感染者中接受三劑疫苗者比兩劑疫苗者或未接種者的3類初始CD4+ T細胞的比例顯著下降，而這3類細胞在感染者中的比例又比未感染者明顯增加（圖3D），說明三劑接種可幫助感染后CD4+ T細胞激活。與此對應的是，調節性T細胞（Treg）比例及其TIM-3表達量呈現出相同的趨勢（圖3E），而兩類效應記憶T細胞的趨勢則剛好相反（圖3F）。這表明三劑疫苗接種可幫助激活初始CD4+ T細胞，產生效應記憶T細胞，而該過程可能被奧密克戎變種感染所引起的Treg上調所抑制。
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圖3.?代表性淋巴細胞亞群比例及標志物表達量
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除淋巴細胞外，團隊對6類髓系細胞亞群也進行了分析。中性粒細胞前體在感染者中比未感染者中顯著增加，而3類單核細胞的比例則有所下降（圖4A-B）。感染者中，三劑接種者的HLA-DRhi經典單核細胞及非經典單核細胞比未接種者明顯增加，表明三劑接種可能保護奧密克戎變體感染引起的固有免疫抑制。樹突狀細胞在感染后比例同樣下降，而漿細胞樣樹突狀細胞（pDC）還發生免疫抑制的現象。類似地，三劑接種可部分恢復其數量和功能（圖4C-D）。因此三劑接種可減少pDC因感染所引起的功能失活。
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圖4. 代表性髓系細胞亞群比例及標志物表達量
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為進一步闡明各類細胞在感染或接種所帶來的免疫反應中的聯系，研究團隊分析了各亞群比例的關聯性。所有亞群明顯分成兩個關聯簇：其中一個包含Treg和3類初始CD4+ T細胞，具有明顯的CD4+ T細胞失活特征；另一個則包含單核細胞和樹突狀細胞，形成與第一簇在數量上負相關的固有免疫激活群體（圖5）。這些結果再次表明了接種三劑疫苗的感染者中單核細胞、樹突狀細胞激活及逆轉Treg免疫抑制的特征。對感染者是否顯出癥狀的分析則說明這種免疫激活與無癥狀感染明顯相關（圖6）。
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圖5. 免疫細胞亞群比例關聯分析
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圖6. 不同接種狀態的有癥狀及無癥狀感染者中(A)白細胞、中性粒細胞計數及(B-C)代表性亞群比例
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研究團隊接下來使用了群體mRNA測序探究了PBMC中分子通路的變化，進一步驗證通過質譜流式發現三劑接種帶來的感染后單核細胞和樹突狀細胞激活等免疫特征（圖7）。團隊還使用蛋白組學方法測量了血漿中180種炎癥及免疫相關蛋白的含量，并整合了部分細胞亞群比例、基因表達、血漿蛋白及臨床指標等42種變量，發現了固有免疫激活、T細胞和NK細胞激活、體液免疫和Treg增殖等四簇（圖8）。這些數據都表明三劑接種引發的獨特免疫特征是單核細胞激活和分化，從而抵抗奧密克戎變種病毒感染。
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圖7. 代表性亞群比例及(H)富集的基因集或(J)基因表達的關聯性分析
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圖8.?(B)感染者中代表性亞群比例及炎性因子的關聯性分析；(C)感染者中14種免疫細胞亞群、3個基因集、13種基因、3種細胞因子和9個臨床變量的關聯性分析
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此項研究充分發揮了質譜流式技術多通道、數據質量高的特點，對不同接種及感染狀態的人群進行了深入的免疫分析，并結合其他組學技術，系統性地描述了接種滅活病毒疫苗對奧密克戎感染者免疫狀態的影響，揭示了三劑接種誘導固有免疫發揮抗病毒作用的機理。該研究是我國學者利用Standard BioTools公司的質譜流式平臺在感染免疫領域做出的最新代表性成果，我們在此對瑞金醫院的研究團隊表示衷心的祝賀！
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參考文獻：
Yu et al., Systemic immune profiling of Omicron-infected subjects inoculated with different doses of inactivated virus vaccine, Cell (2023), https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.08.033